Волшебный фреон

Волшебный фреон

Хладагент должен соответствовать нескольким требованиям. Он должен испаряться в определенном диапазоне температур, переходить в жидкую фазу при компрессии (тоже при заданной температуре) и поглощать достаточно большое количество тепла при испарении. Аммиак, эфир, хлорметан, диоксид серы и другие подобные вещества удовлетворяли этим требованиям, однако они разлагались, или легко загорались, или были ядовиты, или ужасно пахли — либо обладали всеми этими качествами одновременно.

Итак, идеального хладагента не существовало, но был огромный спрос на холодильные установки: как промышленные, так и бытовые. Промышленные холодильники, предназначенные для хранения продовольственных товаров для торговли, появились примерно на полвека раньше бытовых холодильников. Первые домашние холодильники появились в 1913 году, а к 1920 году они начали постепенно вытеснять из обихода традиционные ледники, лед для которых покупали на специальных заводах. В некоторых из первых бытовых холодильников шумный компрессор был встроен в основание прибора, отделенное от холодильной камеры.

В поисках более безопасного хладагента инженер-механик Томас Мидгли (к тому времени уже синтезировавший тетраэтилсвинец — вещество, которое добавляют в бензин, чтобы сделать двигатели внутреннего сгорания менее шумными) и химик Альберт Хенн, занимавшийся конструированием холодильников в компании “Фриджидэр”, подразделении “Дженерал моторс”, заинтересовались веществами, точка кипения которых находилась в диапазоне температур холодильного цикла. Большинство веществ, удовлетворяющих этому условию, уже использовались в качестве хладагентов либо уже были отвергнуты. Но оставалась одна группа соединений, которые пока никто не опробовал: соединения фтора. Фтор является очень токсичным и химически агрессивным газом, и поэтому на тот момент было синтезировано совсем немного фторсодержащих соединений.

Мидгли и Хенн решили синтезировать несколько соединений, содержащих один или два атома углерода и различное число атомов фтора и хлора вместо атомов водорода. Получившиеся соединения — хлорфторуглероды (ХФУ) — превосходно соответствовали всем техническим требованиям, предъявляемым к хладагентам, и, кроме того, были стабильными, негорючими, нетоксичными и дешевыми веществами, почти без запаха.

Мидгли представил новый хладагент весьма необычным способом. На заседании Американского химического общества в 1930 году в Атланте (штат Джорджия, США) он налил немного вещества в открытый контейнер, а когда вещество закипело, опустил в контейнер лицо и сделал глубокий вдох. Потом, повернувшись к зажженной на столе свече, он выдохнул, и свеча погасла. Вот такое необычное и весьма наглядное подтверждение безопасности и негорючести нового вещества.

Вскоре в качестве хладагентов стал применяться целый ряд хлорфторуглеродов: дихлордифторметан (больше известный под торговым названием фреон-12), трихлорфторметан (фреон-11), а также 1,2-дихлор-1,1,2,2-тетрафторэтан (фреон-114).

Номера фреонов — это код, придуманный Мидгли и Хенном. Первая цифра означает число атомов углерода минус один. Если получается ноль, то его просто не записывают (тогда фреон-12 — это фреон-012). Следующая цифра — число атомов водорода (если таковые имеются) плюс один. Последняя цифра — это число атомов фтора. Все оставшиеся в молекуле атомы — это атомы хлора.

Хлорфторуглероды оказались прекрасными хладагентами. Они совершили революцию в производстве холодильных установок и привели к широкому распространению бытовых холодильников, особенно после того, как во всех домах появилось электричество. В начале 50-х годов XX века в развитых странах холодильник стал обычным бытовым прибором. Отпала необходимость покупать еду каждый день. Скоропортящиеся продукты можно было сохранить, а обед приготовить заранее. Расцвело производство замороженных продуктов. Появились новые блюда и новые продукты, большую популярность завоевали замороженные полуфабрикаты. Хлорфторуглероды изменили наше отношение к выбору продуктов, к процессу приготовления пищи и даже к самой пище. Холодильники позволили хранить и перевозить на дальние расстояния термолабильные антибиотики, вакцины и другие лекарственные препараты.

Наличие широкого спектра новых хладагентов позволило охлаждать не только еду, но и воздух. Прежде в жару люди ловили ветерок, обмахивались опахалами и разбрызгивали воду. Появление ХФУ способствовало развитию производства кондиционеров воздуха. В тропических регионах и вообще повсюду, где бывает жарко, с появлением кондиционеров дома, госпитали, офисы, предприятия, магазины и машины стали комфортабельнее.

Хлорфторуглеродам нашлось и другое применение. Поскольку эти вещества практически не вступают в химические реакции, они являются идеальными пропеллентами (то есть веществами, которыми наполняют аэрозольные баллончики) для всего, что можно использовать в виде спрея. Через маленькое отверстие в баллончике с помощью расширяющихся паров ХФУ можно распылять лак для волос, пену для бритья, одеколон, лосьон для загара, взбитые сливки, полироль, средства для чистки ковров, дезинфицирующие средства для ванн, инсектициды и многое-многое другое.

Некоторые ХФУ стали применяться в качестве пенообразователей для производства очень легких и пористых полимеров, которые используются для изготовления упаковочных материалов, изоляционных строительных материалов, пищевых контейнеров и стаканчиков для кофе. Такие ХФУ, как фреон-113, оказались хорошими растворителями. Их используют для очистки печатных плат и других электронных деталей. Замена атома хлора или фтора на атом брома в ХФУ приводит к образованию более тяжелых веществ с более высокой точкой кипения, таких как фреон-13В1 (B обозначает бром), которыми наполняют огнетушители.

В начале 70-х годов XX века в мире ежегодно производилось около миллиона тонн ХФУ и других родственных соединений. Казалось, что это и вправду идеальные молекулы, прекрасно подходящие для решения многих задач и не имеющие недостатков. Казалось, они сделали наш мир лучше.